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防波堤

2020-04-09 21:01

修筑在开阔水域港口外侧,以阻挡波浪直接向港内入侵的堤,又称外堤。防波堤的主要作用是保证船舶在港内安全停泊和进行正常的港口装卸作业,有时还有改善港区水流条件和阻挡泥沙进入港内以减轻港口及航道淤积等作用。

防波堤类型

按断面型式和消波特性可分为斜坡式防波堤、直立式防波堤、混合式防波堤、透空式防波堤、浮式防波堤以及气压消波设备和喷水式消波设备等(图1)。按平面位置可分为突堤(亦称突堤式防波堤)和岛式防波堤。

图1 防波堤类型示意图

(a)斜坡式;(b)直立式;(c)混合式;(d)透空式;(e)浮式;(f)气压式消波设备;(g)喷水式消波设备

防波堤纵向组成

突堤的一端与岸相连接,另一端伸入深水区,其纵向组成可划分为3段:堤头、堤干和堤根,突堤内侧常可兼作码头。岛式防波堤两端均不与岸相连,故有两个堤头,中间为堤干(图2)。

(1)堤头。三面环水,受波浪或兼有冰凌的袭击,工作条件恶劣,要求有较大的稳定性和强度。有时还在堤头设置灯标或海洋水文观测设施等。堤头常向港内一侧适当加宽,斜坡式防波堤堤头的护面块体重量应按堤干的护面块体重量乘以1.2~1.3的系数,堤头的港内外两侧应设计成对称的断面。堤头段的长度约为堤头宽度的1.5~2.0倍,或取与堤干的施工段相同的长度。

(2)堤干。防波堤的主干,一般有较大的长度。由于堤干沿堤轴线的地形常有变化,水深和波高不一,设计时应结合地形、地质等条件将堤干划分为若干段,以达到既满足稳定和强度的要求、又减少工程量、节约投资的目的。直立式防波堤需设置沉降缝,缝与缝的间距一般可取20 m~30 m。

图2 防波堤纵向组成示意图

(3)堤根。防波堤与岸相连接的一段,一般以设计高水位时水深为波浪破碎水深处为界。因堤根位于浅水区,难于使用重型浮式起重设施,但便于由陆上端进施工,其断面结构型式多采用抛石、砌石或混凝土异形块体护面的斜坡式,或采用小型混凝土方块砌体、双排板桩、小型沉箱的直立式,外侧加抛石保护。

防波堤布置原则

能可靠而有效地掩护港口水域,保证船舶安全方便地进出港口,顺利地进行装卸作业;充分利用地形和地质等自然条件,合理布置,以减小防波堤的工程量和投资;尽量防止或减轻港口和航道的淤积及岸滩的冲刷;考虑留有港口扩建发展的余地。

防波堤堤头之间形成口门,船舶通过口门进出港口。口门一般布置在天然水深最大的地方,口门方向和宽度要兼顾防浪掩护效果和船舶进出口门的安全,方向应与进港航道相协调,航道中心线与强波向的夹角宜为30°~35°,口门的有效宽度应根据设计船型尺度、船舶航行密度及自然条件等因素决定,一般约为1.0~1.5倍船长。要注意防止造成反射波与入射波在口门区叠加。

影响防波堤和口门布置的防浪效果的因素十分复杂,一般应进行波浪整体物理模型或数学模型的研究,并加以验证和修正。

防波堤历史与发展

随着海运事业的发展,作为海港重要组成部分的防波堤也随着船舶吨位和尺度的加大、港口的发展,其布设的位置日益由浅水向深水发展,所受的主要外力——波浪力也愈来愈大。最早较普遍采用抛石斜坡式防波堤,随着水深和波浪力的加大,一般块石已不能满足抗浪稳定要求,于是出现了各种人工异型混凝土块体的护面结构。早在4 000多年前腓尼基人(Phoenicians)曾在开敞海岸堤尔(Tyre)港以矩形石块修筑了直立式防波堤,直至19世纪和20世纪初,仍较普遍采用砌石直立式防波堤,随着船舶吨位和吃水的加大,以及施工技术、施工机械的发展,直立式防波堤出现了正砌混凝土方块、巨型混凝土方块、钢筋混凝土沉箱等重力式防波堤和双排板桩、格形板桩等桩式防波堤结构型式。中国在淤泥质海岸软土地基上筑堤建港的技术方面取得重大发展,如控制施工速度、采用砂垫层、砂井、镇压层等加固软土地基和爆破挤淤的方法。在淤泥质软基上修建防波堤工程中已成功地采用土工编织布加固地基(参见土工合成材料)。

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